能源可持续发展公选课授课实践及其拓展

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摘要：能源的合理开发利用、可持续发展对世界经济和人类社会发展具有重要意义。公共选修课是高校课程体系的重要组成部分，如何加强本科生节能与环保意识的培养是高等教育的一个重要任务。结合所在学校开设并讲授能源与可持续发展公选课的实践和创新体会，摸索出一套行之有效的方法，如引入最新科技成果、新概念引发学生思考；加强学生的社会、生产实践，培养工程的观念；针对学生的专业特点，逐年加大了素质教育的内容，加强对中国传统文化的了解。实践证明，以上新的举措取得了较好的效果。

关键词：教育；能源与环境；公共选修课

作者简介：张晓晖（1969-），男，河南镇平人，苏州大学物理科技学院、能源学院，副教授。（江苏　苏州　215006）

基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：51176132）的研究成果。

中图分类号：G642.0 ?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）36-0053-02

“能源”与“环境”是当今世界发展的两大主题。能源是人类社会赖以生存的重要物质基础，是工业的食粮、社会经济的命脉。随着社会生产力的发展，人类对能源的需求量日益增大。但是，当今世界所使用的能源绝大多数仍取自地球，随着不断地开采和利用，各种能源资源日渐枯竭，能否满足未来世界不断增加的能源需求是人类共同面临的问题。

为适应上述形势需要和公选课要求，苏州大学于2006年面向全校非动力机械与工程专业开设能源可持续发展公选课。公共选修课是高校课程体系的重要组成部分，是学生扩展横向知识、培养自学和动手能力的最佳平台。多年来，学校在加强全校本科生能源与环境意识的培养上不断探索与创新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他专业的学生不具备相关的专业基础，因此，在授课过程中讲授能源与环境的基本概念、国内、国际能源使用现状与严峻形势、能源与世界政治、经济的关系、新能源的开发与使用、世界环境现状、环境与人类的生存以及各种环境保护的一般方法等科普性的知识，以使学生易于理解和接受。

这门课程主要讲授以下内容：当代科学技术发展趋势及我国科技发展的战略部署；热工基础（热力学、传热学及流体力学和燃烧学基础部分）；工程热物理学科的发展战略；能源基础知识；可持续发展；能源科技发展及可再生能源发展状况（生物能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、氢能和燃料电池）和开发利用技术；火力发电厂基本知识；核能发电；大气环境保护原理基础；洁净煤技术概论；洁净煤技术（SOx）产生机理及控制技术；洁净煤技术（NOx）的产生机理及排放控制技术；节能原理简介及相关技术（能量系统的分析方法、工业过程节能的途径与方法）；针对当下能源与环境中的热点问题和新技术进行专题讨论。

在近些年的“能源与可持续发展”教学摸索与实践中，学生反映良好，笔者总结出一些方法和经验，以下就较为典型的几个突出问题谈谈自己的认识与实践。

一、与时俱进引入新概念，引发学生思考

科研为教学创设一种学术氛围和探索研究的环境，将新的科学技术成就和成果及时引入教学，则能使课程教学更具现实性、前沿性，提高教学质量和水平。能源利用基础部分涉及到热学知识，笔者引入了过增元院士提出的热学新概念，但是并不深入介绍，而是介绍现有概念来龙去脉，引起学生思考，感受大师的思维方法。

先从日常生活中的热现象着手，介绍热学基本概念。

其次从热的本质讲其发展简史，引经据典，如介绍南北朝成书的《关尹子》、东汉王充的著作《论衡·寒温篇》、汉代《淮南万毕术》、《武林旧事》等热现象记载，讲述古希腊科学家对热的认识，引出两种观点即热质说和热动说。热质说认为热是一种没有质量的特殊物质，热动说认为热是物质粒子的微观运动。这两种思想相互碰撞、辩论了好几个世纪，但是这两种思想并不是鲜明的对立，很多思想中都包含着两种思想的影子。

再就现有传热学面临的挑战引发同学思考，如：

其一，经典的传热规律面临极端条件下传热现象的巨大挑战。例如以激光的利用为代表的超快速加热，如激光武器和激光加工技术，激光脉冲宽度可达到飞秒量级，如何预测激光加热过程是传统热学原理遇到的问题。

其二，经典热学中还没有以提高能源利用率为目的的传热过程的优化理论和技术。当前面临世界性的能源短缺问题，我国面临的节能减排的形势更为严峻。因此，提高能源利用效率更为重要。然而，传热学中只有热量传递速率而没有热量传递效率的概念，所以只有传热过程的强化而无传热过程优化的理论和技术。

其三，傅立叶导热定律导致热传播速度为无穷大的缺陷还没有很好地解决。早在1822 年，法国的数学家、物理学家傅利叶就提出了著名的傅立叶导热定律，即热流与温度梯度成正比。尽管作为实验定律的傅利叶导热定律已为大量的工程实践所证实，并获得了广泛的应用。然而，用傅利叶导热定律描述瞬态导热过程时，由于所得到的热传导方程是抛物型的。这隐含着热是以扩散的方式传播，因此出现了热扰动传播速度无穷大的佯谬。傅立叶定律的这一缺陷表明，它只是一个唯象的近似定律，在物理上是不完善的。

其四，传热学缺乏同物理其他分支学科之间共性的量和规律。傅立叶在他的热学专著《热的解析理论》中指出“……无论力学理论的研究范围如何，它们都不能应用于热效应。这些热效应构成一个特殊的现象类，它们不能用运动和平衡的原理来解释……自然哲学的这一部分不可能与动力学的理论有关，它有它本身特有的原理。”

与物理学的其他分支学科相比，热学没有的概念有：质量、力、速度、动量；波、振动等。热学独有的概念有：熵、可用能、状态量和过程量等。

由于学生们是学过大学物理学的，对物理学内容的构架有基本认识。通过以上纵向比较，同学们一致认为对物理学有了更深刻的认识，激发了学生的学习兴趣，收到了良好效果。

二、加强学生的社会、生产实践，培养工程的观念

社会实践、调研是本科生教学的一个重要教学环节，是学生接触社会、工程或生产实际的一个基本手段。同时，教学中实际例题分析是最具说服力的，对学生知识认知、理解和分析帮助很大，他们也比较感兴趣。

例如笔者结合实际项目介绍：在分布式能源系统中，让学生实践调研华东地区气候条件，统计华东四省一市主要城市月度气温，调查华东四省一市或华东地区主要城市天然气资源、华东四省一市或华东地区主要城市电价及华东地区医院、酒店、商业、娱乐设施、办公、机场、学校、居民等用户的冷负荷、热负荷和电负荷需求、持续时间。同学们利用假期在所在地区积极调研，得出华东地区民用电价平均值为0.5645元/度，燃气销售价格2.2元/立方米，工业电价平均值为0.9元/度，燃气销售价格3.5元/立方米。通过调查，同学们得到华东地区空调供应时间一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，过渡期110～170天，制冷和采暖的需求时间相对比较长些。这些是华东地区发展天然气分布式能源系统的有利条件和基础。而学生实践也为笔者丰富了教学内容，使笔者感受到教学的乐趣，实现了教学相长。

笔者结合具体设计案例引发学生思考，如：宾馆的主楼建筑面积27000m2，裙房建筑面积约3000m2。宾馆用电量较高，同时也有夏季冷负荷、冬季热负荷和全年热水的需求。本宾馆分布式能源系统主要由1台内燃机发电机组和2台溴化锂吸收式冷温水机组组成。系统的总发电量、制冷量、制热量、制热水量分别为600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系统设计年运行天数330天（扣除检修时间）。本项目为全年运行，其中供冷期主要为夏季年运行120天左右，供热期主要为冬季年运行105天左右，热水供应全年运行330天左右（扣除检修）。

系统配置从原理上进行科普性介绍，而不详细展开，如本分布式能源系统所用发电机组选用曼海姆的TCG2016V12C。选用的两台远大溴化锂吸收式冷温水机组分别为1台BZHEY125XD 一体化烟气热水直燃机和1台 BZY125XD 一体化直燃机。

分布式能源系统注重技术与经济的结合，结合本案例分析气价、电价对系统影响，指出技术上合理还要经济上合算的工程经济学思想，介绍最简单的投资回收年限的概念。本案例中主要取决于投资成本和收益额的大小。其中，投资成本是指购买设备所需要的费用，主要指新设备的初投资、收益额表示系统年收益（输出的冷、热、电）减去系统运行及维护费用。

理论方法与生产和生活实际相结合，调动学生学习的积极性，通过案例分析使学生初步掌握工程思想，并学会用所学知识解决实际问题。

三、可持续发展与古代朴素的人与自然的基本关系

鉴于公选课从内容到教学形式相对自由一些，针对学生的专业特点逐年加大了素质教育的内容。

“可持续发展”一词是在1980年的《世界自然保护大纲》中首次作为术语提出的。在此期间还提出了“可持续性”和“持续发展”等概念。“可持续性”是指社会系统、生态系统或任何其他不断发展中的系统继续正常运转到无限将来而不会由于耗尽关键资源而被迫衰弱的一种能力。1987年，挪威首相布伦特兰夫人主持世界环境与发展委员会，在长篇专题报告《我们共同的未来》中第一次明确提出了可持续发展的定义。“可持续发展”概念应该是“可持续性”和“持续发展”的结合，既要考虑发展也要考虑环境、资源、社会等各方面保持一定水平。

但是讲到这些，强调可持续发展的思想其实在中国源远流长，下面列举如下例子以引发人们对中国传统文化的崇尚：“为人君而不能谨守其山林菹泽草莱，不可以立为天下王”；“斩伐养长，不失其时，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭泽而渔，岂不得鱼，而明年无鱼；焚薮而田，岂不获得，而明年无兽”。孔子说：“断一树，杀一兽，不以其时，非孝也。”他还说：“启螫不杀则顺人道，方长不折则恕仁也。”孔子在他自己的生活实践中一向是“钓而不网，戈不射宿”。

中国传统文化的“天人合一”思想即把人类放在大自然生态环境中加以考虑，主张人与大自然息息相通，和谐一致，天、地、人一体化。孔子说：“大哉，尧之为君也，巍巍乎，唯天为人，唯尧则之。”孔子肯定了天之可则，即肯定了自然的可则、人与自然具有统一性。《中庸》中有“万物并育而不相害，道并行而不相悖”，把人与自然的发展变化看作是相辅相成的和谐、平衡运动。人与大自然的关系不是对抗的而是协和共存的，不应把天、地、人孤立起来考虑，而应把三者放在一个大系统中作整体的把握，强调天人的协调、和谐，人与自然的协调、和谐。“天人合一”是中国传统文化对于人与自然关系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命体，是属于大自然的一个组成部分，人不应该随心所欲地征服自然、统治自然、支配自然。人必须学会尊重自然，爱惜自然。人与大自然的关系是一种相互依存的关系。

解决生态环境问题的根本就集中在如何看待人与自然的关系上。对此，可以从博大精深的中国传统文化（孔教学说）所蕴含的生态环境理念中去汲取营养。孔教生态环境理念能够引导人们正确认识和处理人与自然、局部利益与全局利益、眼前利益和长远利益的关系，使全社会的生态意识、环境意识得到增强，从而达到可持续发展的目的。

通过上述内容引入，使同学们深入了解中华传统文化的博大精深。中华传统文化不仅对中国的经济和社会发展发挥着巨大影响，也为中国人的世界观和行为方式的形成奠定了基础。它的影响一直延续至今。课堂中引入和加强对中国传统文化的了解，同学们反映良好。

四、结束语

在课程最后的调查中，学生们一致反映这门课程联系实际，很有收益。他们专业的知识面拓宽了，兴趣也提高了。

教学方法随课程类别和教师授课风格之不同而千差万别。这里仅是按照笔者自己的想法进行了一点尝试，微不足道，仅以此文作为对这门课教学的总结。

参考文献：

[1]吴启迪.坚持不断教育创新不断推进高等教育的改革和发展[J].中国高等教育，2003，（21）.

[2]曹执.教育服务意识与求学自主意识[J].中国高等教育研究，2003，

（15）.

[3]鲍曼，王玉文.教学过程动力学[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002.